Защита насоса

Нефтяной и газовой промышленности во многом зависит от насоса, а также их надежность является жизненно важным для безопасности и экономических причин. На протяжении многих лет, низковольтные двигатели используются для питания насосов (480 Вольт, меньше, чем 100 или 150 лошадиных сил) были защищены от перегрева на тепловых реле перегрузки. Эти реле не может обеспечить надлежащую защиту при любых условиях, которые могут привести к отказу двигателя и потенциальные проблемы безопасности.


Эта статья объясняет различия между электромеханических и электронных реле перегрузки и показывает, как последний может обеспечить лучшую защиту двигателя и увеличение безопасности. Это также объясняет, как электронное реле предоставляет информацию о здоровье насоса или двигателя, которые могут быть использованы для прогнозирования проблемы более точно и раньше, прежде чем они станут проблемы безопасности.


Электрический мотор Причины отказов
По Электрические Research Associates (ERA) почти половина всех двигателей неудачи вызваны электрическими проблемами. Ниже перечислены основные причины такой ущерб:

Перегрузка , наиболее распространенными электрическими проблема, вызывающая двигателя из строя от перегрузки, что приводит к перегреву. Это в конечном счете разрушает изоляции обмотки и вызывает короткое замыкание.

Jam -нагрузки двигателя может джем, в результате чего заблокированном роторе состояние, которое будет быстро перегреваться двигатель.

Перекоса фаз , одной из фаз на входе может не (одного постепенно состояние), что приводит к перегреву и потере крутящего момента. Более тонко, напряжение на одной фазе может быть меньше, чем другие (перекоса фаз), которая имеет аналогичные результаты, но более трудно диагностировать.

Замыкание на землю , двигатель может развивать на землю, который может вызвать что угодно от дуги короткого замыкания мертвым в небольшой ток, который никогда не уходит. Это может вызвать шок опасности, пожары и даже вспышки дуги.

Тепловой перегрузки остывает быстрее, чем двигатель, который может привести к сбою в поездку, если перегрузка происходит в несколько этапов. Динамический тепловой модели в электронных реле перегрузки более точно отслеживает температуру двигателя и воли перед поездкой ущерб.


Типы реле перегрузки
Для предотвращения повреждения, двигатели оснащены реле перегрузки, которые предназначены для отключения питания двигателя до повреждение может произойти. Они бывают двух основных типов: тепловая (электромеханические) реле перегрузки и электронных (микропроцессорных) реле перегрузки.

Традиционные тепловых перегрузок являются электромеханическими устройствами, которые включают биметаллических или расплавленный сплав (эвтектика) перегрузок. Они содержат нагревательные элементы соединены последовательно с двигателем входов, которые вызывают или бассейн припоя (эвтектического сплава), чтобы расплавить или набор биметаллических полос, чтобы согнуть и отпустить контакты, когда ток становится чрезмерным. Биметаллические перегрузок как правило, имеют ограниченный круг регулируемых пунктов поездки, а эвтектика реле нет.

Некоторые биметаллических перегрузки предназначены для автоматического повторное включение и компенсируется для предотвращения изменения температуры окружающей среды от воздействия их точки путешествия. В идеале, тепловой перегрузки должны быть установлены в той же температуры окружающей среды, как оно защищает двигатель, но на практике, когда устройство находится в двигатель стартером, который, как правило, в кондиционерами распределительных помещении, вдали от двигателя.

Твердое состояние перегрузки были введены позже решить неточности тепловой основе перегрузок. Однако, они имеют предварительно рассчитанных уставок и не может обеспечить такой же уровень защиты, микропроцессорные (электронных) перегрузки, такие как обнаружения однофазных или дисбаланс условиях. Электронные перегрузки (рис. 1) измерения тока с помощью набора (обычно интегральный ) трансформаторов тока. Они также отслеживают для замыкания на землю и выполнить еще несколько дополнительных функций, в том числе защиты от обрыва фазы, перекос фаз, неправильной последовательности фаз и джемы. Эти устройства могут быть простыми или сложными достаточно, в зависимости от потребности оператора, и может включать в себя дополнительные функции, такие как связь, цифровое считывание и запись данных возможностей.


В отличие от электромеханических реле, которые проходят ток через нагревательные элементы, чтобы обеспечить косвенное имитация двигателя отопление, электронные реле не вызывает избыточное отопление. Это позволяет сэкономить на счете за электричество (тепла потребляет энергию, в конце концов), а отсутствие тепла держит кулер мощность панелей и обеспечивает более точные измерения. Кроме того, биметаллические перегрузок может генерировать достаточно тепла, чтобы необходимость панель ухудшения или необходимость использования больших корпуса, чтобы достаточное пространство для рассеивания тепла.


Особенности Электронные реле перегрузки
Электронные перегрузки имеют особенности, которые особенно актуальны для нефтяной и газовой промышленности и может помочь повысить уровень безопасности путем выявления потенциальных проблем до ущерб.


Undercurrent
Некоторые электронные перегрузки предназначены для чувствуют, когда ток нагрузки падает ниже нормального уровня. Это особенно полезно в насосах, где потеря жидкости может привести к повреждению. Погружные насосы, например, может перегреться и быть поврежден другим способом, если они иссякнут.

Низкий уровень датчиков традиционно используются в таких случаях, но они часто не в состоянии, и их трудно поддерживать. Часто датчики не функционирует должным образом, и никто не знает о проблеме, оставляя незащищенными насоса.


Замыканий на землю 
обычных электромеханических перегрузок не может обнаружить замыкания на землю, но и электронных перегрузок может и предупреждать операторов и выключить двигатели до повреждение распространяется. Ведущая страховая компания сообщила, что каждый иск в производство, что является результатом электрической проблема обходится примерно в $ 769 000, и было подсчитано, что около 95 процентов всех электрических проблемы начинаются как замыкания на землю.


Тепловая память 
в тепловой на основе мотор-реле, элементов внутреннего тепла предназначены для имитации характеристик двигателя отопления. К сожалению, точность данной модели ограничена. Электронные реле перегрузки используют более сложный динамический теплового моделирования. Внутренний блок компьютера использует все данные, имеющиеся в его распоряжении (в том числе вывод из обмотки датчика температуры двигателя) для построения высокоточной компьютерной модели тепловых характеристик двигателя. Он отслеживает использовать I2t двигателя для расчета температуры двигателя и тепловой мощностью более точно, чем температура обмотки датчиков в одиночку, и он вычисляет температуру двигателя при любых условиях эксплуатации. 

Когда ток превышает точку срабатывания теплового основе электромеханических реле, она нагреется внутренний элемент, заставляя его таять или согнуть в путешествие (рис. 2). После этого, как электромеханические перегрузки и двигатель начинает охлаждать, но тепловой перегрузки охлаждает и сбрасывается более быстрыми темпами, чем двигатель. Это позволяет операторам перезапустить двигатель, прежде чем он полностью остыл.

Перегрузка возобновляет перед перегрузке, что приводит к повреждению двигателя и раскрытия операторов риск возникновения пожара или поражения электрическим током. В отличие от электронного реле перегрузки с динамической тепловой модели можно точно рассчитать температуру двигателя и волей путешествие во времени для защиты двигателя.

Электронные реле перегрузки может также предотвратить преждевременное перезагружается. Когда двигатель остановлен после того, как он достиг теплового равновесия (время 1 на рисунке 3), это занимает определенное количество времени, чтобы остыть. Перезагрузка после охлаждения вызывает никакого вреда. Так как стандартный тепловой перегрузки стремится охладить быстрее, чем двигатель, он может позволить оператору, чтобы перезапустить двигатель, пока она еще горячая, которые могут быстро сжечь его. Динамическая модель предсказывает тепловую истинной температуры двигателя и позволяет оператору знать, когда это безопасно перезапустить его.


Низкие эксплуатационные расходы 
электромеханический тепловых перегрузок на основе требует определенного обслуживания для обеспечения нормальной работы. К сожалению, они часто не получают его. Например, если один из элементов внутреннего тепла на тепловой перегрузки не удается, то все три должны быть заменены (будучи уверенным, что использовать элементы с тем же рейтинг, как в оригинале), но это не всегда может быть сделано. Кроме того, каждый раз, когда биметаллическая перегрузке, его уставки стремится переложить немного, после определенного количества поездок, он должен быть заменен. Опять же, это не всегда может быть сделано.


Что еще более важно, если короткое замыкание событие вниз по течению от перегрузки (тот, который отключает выключатель или предохранитель открывает в фидере панель) происходит, производители рекомендуют менять электромеханические перегрузки, даже если они кажутся неповрежденными, а внутренние элементы могут быть повреждены на высокий уровень тока короткого замыкания, которая проходит через них. Такая замена не может быть сделано. Короткая цепь событий не влияет на электронное реле перегрузки.


Обрыв фазы и фазы дисбаланса 
при власти одной фазы двигателя теряется, ток в оставшихся двух этапов увеличивается за 1,73 раза, если двигатель полностью загружен. Обычных электромеханических реле сработает в таких условиях, но только после задержки 35 секунд или больше. Эта задержка происходит потому, что реле не может отличить 73 процентов от перегрузки по одной фазе и нормальный запуск нагрузки или увеличение нагрузки, которые он специально предназначен для игнорировать. Электронное реле перегрузки, с другой стороны, можно признать проблему сразу же и ответить.

Когда напряжение на одной фазе двигателя меньше, чем другие (как правило, вызваны вверх по течению одного нагрузки фаз) токов в двух других фаз и увеличение привести двигатель к повышению температуры, которая может потребовать, чтобы нагрузка двигателя снижается. Этот этап дисбаланс (который может быть порядка 5 процентов), по всей вероятности быть полностью невидимым для электромеханических перегрузки, в то время как микропроцессорные реле может реагировать немедленно.


Установка точность 
заданного электронного перегрузки вошли в цифровом формате; и биметаллические и электронные перегрузки имеют регулируемые точки путешествия, но некоторые электронные реле перегрузки доступны с защитой паролем для настройки, которые могут держать операторов или других посторонних лиц изменять точку срабатывания и позволяет двигатель будет работать на разрушение.


Удаленный сброс 
Как тепловые и электронные реле перегрузки доступны с пульта дистанционного возможность сброса, который может быть установлен на передней панели электрического поля. Это важно, так как избавляет от необходимости открывать панель власть, которая может подвергнуть оператора возможного поражения электрическим током.

В некоторых случаях правила могут потребовать использования средств индивидуальной защиты для защиты от вспышки дуги. Кроме того, многие электронные реле перегрузки имеют удаленный интерфейс оператора панели, которые показывают, текущих и прочих переменных во время работы и после поездки, показать оператора с первого взгляда, что ее вызвало. Это позволяет операторам принимать меры предосторожности для устранения проблемы возникновения или предотвратить его становится серьезной проблемой безопасности.


Связи 
Электронные реле перегрузки имеют цифровые коммуникационные возможности, которые предоставляют большой объем информации на удаленный дисплей или системы управления активами. Мониторинг в реальном времени является профилактикой сегодня. Тенденции в тока и температуры в течение долгого времени может помочь интеллектуальный программы обслуживания для предотвращения отказов оборудования, незапланированных простоев, которые могут достигать $ 1 млн в день на нефтеперерабатывающем заводе или пожаров. Тенденций электрических параметров используется для контроля механических свойств, что снижает затраты, а также повышает безопасность оператора.


Резюме
В то время как электромеханические перегрузки используются в нефтяной и газовой промышленности в течение многих лет, более современные электронные блоки не только обеспечивает лучшую защиту двигателя, они могут повысить безопасность и хорошо интегрируются с активом современных систем управления, которые помогают прогнозировать проблемы и предотвращения простоев завода.

Тони Locker, PE-менеджер по продуктам систем защиты реле на Littelfuse POWR-GARD. Он имеет BSEE из роз-Халман технологический институт, MSEE из Технологического института Джорджии и двух патентов. Его послужной список включает в себя ведущих проектных команд и управление контроля и энергетических установок системы.